Video dưới đây sẽ mô tả một quá trình hóa học vô cùng đẹp mắt và mang nhiều ý nghĩa lý thuyết: sự oxi hóa ammonia ($\text{NH}_3$) bởi oxygen ($\text{O}_2$) với sự có mặt của chất xúc tác chromium(III) oxide ($\text{Cr}_2\text{O}_3$).
Trong tiến trình thí nghiệm, bột $\text{Cr}_2\text{O}_3$ được đun nóng và đưa vào bình chứa khí $\text{NH}_3$ (bay hơi từ dung dịch $\text{NH}_3$ 28%). Ngay lập tức, một phản ứng oxi hóa – khử tỏa nhiệt mãnh liệt diễn ra trên bề mặt chất xúc tác. Lượng nhiệt lớn giải phóng làm các hạt $\text{Cr}_2\text{O}_3$ nóng sáng đỏ rực, cuốn theo dòng khí lơ lửng trong bình, tạo thành hiệu ứng thị giác tuyệt đẹp được ví như “mưa lửa” hay “bão lửa”.
Về bản chất, phương trình hóa học của quá trình này diễn ra như sau:
$$4\text{NH}_3 + 3\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Cr}_2\text{O}_3, t^o} 2\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$$
Như vậy, trong điều kiện có mặt xúc tác $\text{Cr}_2\text{O}_3$, ammonia bị oxi hóa để tạo ra sản phẩm chính là khí nitrogen ($\text{N}_2$) và nước ($\text{H}_2\text{O}$).
Điểm lưu ý quan trọng về tính chọn lọc của xúc tác: Sự thay đổi chất xúc tác có thể làm thay đổi hoàn toàn hướng của phản ứng. Nếu chúng ta tiến hành oxi hóa $\text{NH}_3$ bằng $\text{O}_2$ nhưng thay thế $\text{Cr}_2\text{O}_3$ bằng xúc tác platinum ($\text{Pt}$) ở nhiệt độ cao, phản ứng sẽ ưu tiên tạo ra nitrogen monoxide ($\text{NO}$) thay vì $\text{N}_2$. Đây cũng chính là cơ sở cốt lõi của giai đoạn đầu tiên trong quy trình tổng hợp nitric acid ($\text{HNO}_3$) ở quy mô công nghiệp.
Đoạn video thực nghiệm này không chỉ mang tính trực quan cao mà còn là minh chứng rõ nét cho nguyên lý về động học phản ứng và vai trò định hướng sản phẩm của chất xúc tác rắn. Mời các bạn cùng quan sát hiện tượng và tiếp tục tìm hiểu những phân tích chi tiết hơn trong nội dung bài viết dưới đây!
